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葛（Pueraria montana）为豆科（Leguminosae） 葛属（Pueraria）多年生落叶草质藤本植物，其干燥根为药材葛根[1]。葛根味甘、辛，性凉，能生津止渴，解肌退热，升阳止泻，富含淀粉和多种人体必需的氨基酸和矿质元素，1988 年卫生部将其列入 “药食两用”的品种目录[2]。近年来，随着大健康理念的形成及大健康产业的发展，葛根的市场需求量逐年攀升，葛根人工栽培规范化迫在眉睫，为保障栽培过程中葛根的产量和品质，研究合适的施肥制度对葛根的开发利用和产质量提高具有重要意义。
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大量研究表明，氮、磷、钾肥的合理施用可以显著影响药用植物的生长发育及功能成分的积累[3-5]，且不同植物对氮、磷、钾的最适配比不同，单一营养元素偏高或施肥量过大均对药用植物的生长发育有影响，容易造成肥料利用率低、土壤养分供应过剩、土壤板结等[6-7]。目前针对葛根的研究主要集中在功能成分[8-9]、种质资源[10-11]、栽培技术[12-13]等方面，已有少量报道关于施肥对葛产量和品质的研究，如王艳等[14]采用“3414” 肥料效益试验方案对粉葛的产量及经济效益进行研究，并确定了桂中南赤红壤区氮、磷、钾肥的最佳施用量，但由于栽培品种以及不同地区的土壤、温度、海拔等环境因素不同，施肥效果和方案差异较大[14-15]。因此，本研究采用 L9（34）正交试验设计，研究不同比例氮、磷、钾肥施用对葛根产量和主要功能成分的影响，明确葛根高产优质的最佳施肥方案，以期为葛根生产的施肥决策和药用植物的开发利用提供科学合理的参考依据。
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1 材料与方法
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1.1 试验地概况
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试验在湖南省长沙县高桥综合实验基地 （28°35′ N，113°14′ E）进行，海拔 57 m，属亚热带季风气候区，年降水量 1504 mm，年蒸发量 1194 mm，年平均气温 16.8℃，平均日照时数 1663 h，年平均无霜期 275 d，土壤类型为红壤，土壤 pH 5.39，有机质 72.4 g/kg，碱解氮 491.0 mg/kg，有效磷 534.0 mg/kg，速效钾 524 mg/kg。
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1.2 试验设计
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试验采用 L9（34）正交试验设计，设 3 个因素 （氮、磷、钾）和 3 个水平。其中，1 水平施肥为 N 90.00 kg/hm2、P2O5 45.00 kg/hm2、K2O 45.00 kg/hm2，2 水平施肥为 N 180.00 kg/hm2、P2O5 90.00 kg/hm2、K2O 90.00 kg/hm2，3 水平施肥为N 270.00 kg/hm2、P2O5 135.00 kg/hm2、K2O 135.00 kg/hm2，共 9 个处理，重复 3 次，不同处理施肥水平见表1。小区随机排列，小区面积为 66.7 m2，葛种植密度为 15000 株 /hm2，各小区翻耕前施腐熟农家肥 7500 kg/hm2，再翻耕起垄，分别于移栽成活后（4 月中旬）和旺长期（5 月中旬）按照施肥量（表2）分 2 次施肥，各小区其他田间管理方法保持一致，试验于 2020 年 3—12 月、 2021 年 3—12 月进行，每年 1 次，重复 2 年。
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1.3 指标测定及方法
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收获后采挖葛根，在每个小区随机挖取 5 株，除尽表面泥土后测定单株鲜重。洗净晾干后，取块根切碎，105℃杀青 30 min 后于 55℃烘干至恒重，干燥后的葛根粉碎过 0.15 mm 筛密封保存备用。
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葛根总黄酮含量测定采用紫外分光光度法，以芦丁作标准液，亚硝酸钠-氯化铝显色进行测定； 葛根素、大豆苷、大豆苷元含量测定采用超声辅助醇提法提取、高效液相色谱法测定，色谱条件：固定相为十八烷基硅烷键合硅胶，流动相为甲醇-水 （25∶75），检测波长为 250 nm，流速为 1.0 mL/min，柱温 30℃，进样量 10μL。
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1.4 数据分析
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采用 Excel 2016 和 SPSS 23.0 进行数据处理与分析，采用单因素方差分析和新复极差检验法多重比较进行显著性检验（P<0.05），利用 Origin 2022 绘制图表。
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2 结果与分析
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2.1 氮、磷、钾配施对葛根产量的影响
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由表3 可知，不同施肥方案对葛根产量（单株鲜重计）影响显著。其中，两年试验结果均以 N3P1K2 处理产量达到最高，第一年和第二年分别为 1.06 和 2.13 kg/ 株；其次是处理 N3P3K3，第一年和第二年产量分别为 0.84 和 1.67 kg/ 株；N1P2K3 处理产量最低。方差分析结果表明，N3P1K2 处理与 N1P1K1、N1P2K3、N2P1K3 处理间差异达到显著水平，而与其他处理差异不显著。除 N3P1K2 处理外，其他处理产量间的差异均不显著。由此可见，合理的施肥措施是提高葛根产量的关键，施用量过高或过低均不利于产量的提升。
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注：同列不同小写字母代表各处理间差异显著（P<0.05）。
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2.2 氮、磷、钾配施对葛根总黄酮含量的影响
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不同施肥措施对葛根总黄酮含量有显著影响 （图1）。其中，以 N3P1K2 处理总黄酮含量达到最高，为 83.10 mg/g，其次为N2P3K1 和 N1P2K3 处理，分别为 80.21 和 72.79 mg/g，且 3 个处理间无显著差异；N2P2K2、N1P3K2 和 N2P1K3 处理的总黄酮含量差异不显著，分别为 59.14、57.34 和 61.57 mg/g，但均显著低于最高含量（N3P1K2）；N3P2K1 处理总黄酮含量最低，为 42.10 mg/g，比最高含量低 41.00 mg/g。
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图1 不同处理对葛根总黄酮含量的影响
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注：柱上不同小写字母代表各处理间差异显著（P<0.05）。下同。
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2.3 氮、磷、钾配施对葛根素含量的影响
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由图2 可知，不同施肥处理间葛根素含量具有显著差异。其中，以 N1P3K2 处理葛根素含量达到最高，为 24.85 mg/g，其次为 N2P3K1 处理 23.46 mg/g，N1P1K1 和 N3P2K1 处理相对较低，分别为 10.93 和 10.68 mg/g。
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图2 不同处理对葛根素含量的影响
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2.4 氮、磷、钾配施对葛根大豆苷含量的影响
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由图3 可知，不同施肥处理对葛根大豆苷含量有显著影响。其中，以 N1P2K3 处理大豆苷含量达到最高，达 22.96 mg/g，其次分别为 N2P1K3 （19.21 mg/g）、N3P1K2 （16.53 mg/g）、N1P3K2 （16.33 mg/g）、N3P2K1（14.62 mg/g）处理，几个处理间差异均不显著；N3P3K3 处理大豆苷含量最低，为 9.41 mg/g，除 N1P2K3 与 N2P1K3 处理外，其余处理间大豆苷含量差异均不显著。
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图3 不同处理对葛根大豆苷含量的影响
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2.5 氮、磷、钾配施对葛根大豆苷元含量的影响
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由图4 可知，不同施肥处理间大豆苷元含量在统计上无显著差异（P>0.05）。其中，以 N1P2K3 处理大豆苷元含量达到最高，为 2.55 mg/g，其次为N2P1K3 处理（2.16 mg/g），N3P3K3 和 N3P1K2 处理相对较低，分别为 1.42 和 1.62 mg/g。
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图4 不同处理对葛根大豆苷元含量的影响
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2.6 葛根不同测定指标正交试验结果分析
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葛根不同测定指标的正交试验结果见表4，表中 R 值为各因素的极差，反映各因素的主次关系， R 值越大，说明该因素对测定指标的影响越大，反之则越小。由表4 中的结果可知，影响葛根产量和葛根素含量的因素顺序为氮肥 >钾肥 >磷肥，而影响总黄酮含量的因素顺序为磷肥 >氮肥 >钾肥。根据各因素的均值（K1、K2、K3）判断因素的最优水平，结果显示 N3P3K2 处理，即 N 270.00 kg/hm2、 P2O5 135.00 kg/hm2、K2O 90.00 kg/hm2 为以葛根产量为目标的最佳施肥量，以葛根品质提升为目标的最佳施肥量为 N 180.00 kg/hm2、P2O5 135.00 kg/hm2、 K2O 90.00 kg/hm2。
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3 讨论
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氮、磷、钾是影响植物生长发育的重要元素，合理施肥是提高人工栽培药用植物产量和品质的关键，既能促进植物的生长发育，提高药用植物产量，又能改善其内在品质，对药材质量保障和土壤肥力改良具有重要意义[16-18]。氮素对植物茎叶的生长和果实的发育有重要的促进作用，对葛根产量（以单株鲜重计）的促进作用相对最为明显，在保证充足的氮肥基础上，如 N3 水平，合理地配施磷肥和钾肥，可以促进葛根高产，本研究发现葛根产量在 N3P1K2 处理时达到最大值，与 N1P1K1 处理相比，产量提升了 66.41%，正交试验结果也表明，氮、磷、钾肥对葛根产量的影响顺序为氮肥 >钾肥 >磷肥，这与前人的研究结果一致，祝丽香等[19]在桔梗、施田田等[20]在丹参的研究均表明肥料对药材产量的影响强弱顺序为氮肥 >钾肥 >磷肥。钾可以促进植物光合作用，促进碳水化合物和氮素的代谢，本研究发现，高钾水平配合高氮、高磷（N3P3K3 处理）对葛根产量的效果最佳，而配合低氮、中磷（N1P2K3 处理）或中氮、低磷（N2P1K3 处理）时产量明显降低，张素梅等[4]研究也发现钾肥能改善胡麻农艺性状和钾素的利用与积累[21]，对其产量的促进作用明显。从产量上来看，本研究区的最佳施肥组合为 N3P3K2 处理，即 N 270 kg/hm2、 P2O5 135 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2。
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总黄酮和葛根素是衡量葛根品质的重要指标。不同施肥处理葛根总黄酮含量具有明显的差异，在 N3P1K2 处理中含量最高，达 83.10 mg/g，显著高于 N1P1K1 处理 99.90%，说明合理的氮、磷、钾肥配施能促进葛根总黄酮含量的提高。其中以磷肥的影响效应最大，不同磷肥处理间差异达到显著水平，其次是氮肥，钾肥的影响最小，盛玉章等[22]对甘草药用成分的研究也发现氮、磷、钾 3 种元素对甘草酸含量的影响大小为磷肥 >氮肥 >钾肥，而王晓飞等[23]通过正交试验发现磷肥的影响较小，氮、钾更有利于黄芪功能成分的积累，说明药材品种对氮、磷、钾肥配施效果的响应具有显著差异，研究不同药材品种的最佳施肥方案对于实际应用生产也具有重要的意义。本研究也发现不同施肥处理葛根素含量差异显著，N1P3K2 处理葛根素是 N1P1K1 处理的 2.27 倍，正交试验结果表明氮肥对葛根素的影响效应最大，钾肥次之，而磷肥影响最小，其中 N3 水平葛根素平均值（20.49 mg/g）显著低于 N2 水平（14.87 mg/g），说明过高的氮素对葛根素积累具有抑制作用，这与前人的研究结果一致。张蒙等[24]研究也发现过高浓度的氮不利于木薯块根品质的形成，造成块根有效成分如总糖和蛋白质含量的降低。从品质上来看，本研究区的最佳施肥组合为 N2P3K2 处理，即 N 180 kg/hm2、P2O5 135 kg/hm2、 K2O 90 kg/hm2。
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长期以来，对葛根的研究多注重育种栽培、化学成分、食品开发等方面[25]，对合理施肥技术与产量和品质的关系的研究较少。本研究通过正交试验探究了葛根高效优质的合理施肥方案和施肥量，为葛根人工栽培技术提供了实践数据支撑与更科学的施肥理论，但本研究仅在单一试验区进行，气候环境因素与土壤基础肥力等均具有局限性，未来仍需在不同种植区进行多点试验，探索不同区域的最佳施肥方案，为葛根规范化生产提供保障。
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4 结论
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不同的氮、磷、钾肥配施对葛根产量和功能成分有不同程度的影响，对于葛根产量和总黄酮，氮、磷、钾配施在 N3P1K2 处理的效果最佳，对于葛根素在 N1P3K2 处理的效果最佳。对葛根产量、总黄酮和葛根素含量的正交试验结果进行极差分析发现，影响产量和葛根素含量的因素顺序为氮肥 >钾肥 >磷肥，而影响总黄酮含量的因素顺序为磷肥 >氮肥 >钾肥；综合产量和品质来看，以 N3P3K2 或 N2P3K2 处理为最优施肥水平，最佳施肥量的 N、P2O5、K2O 施用量分别为 270、135、90 或 180、135、90 kg/hm2。
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摘要
为探明氮、磷、钾肥配施对葛根生长及品质的影响，为葛根高效栽培提供合理的施肥技术支撑和理论依据，采用 L9（34 ）正交试验设计，研究氮、磷、钾配施对葛根产量和主要功能成分的影响，明确研究区葛根氮、磷、钾的最佳施用量。结果表明，不同施肥方案对葛根产量和功能成分的影响显著，其中以 N3P1K2（N 270 kg/hm2 ，P2O5 45 kg/hm2 ，K2O 90 kg/hm2 ）处理的产量和总黄酮含量最高，分别为 2.13 kg/ 株和 83.10 mg/g；N1P3K2 （N 90 kg/hm2 ，P2O5 135 kg/hm2 ，K2O 90 kg/hm2 ） 的葛根素含量最高，为 24.85 mg/g，N1P2K3（N 90 kg/hm2 ， P2O5 90 kg/hm2 ，K2O 135 kg/hm2 ）处理的大豆苷和大豆苷元含量均为最高，分别为 22.96 和 2.55 mg/g。氮、磷、钾肥配施对葛根产量和葛根素含量影响的大小顺序为氮肥 > 钾肥 > 磷肥。以葛根产量为目标的最佳施肥量为 N 270 kg/hm2 、P2O5 135 kg/hm2 、K2O 90 kg/hm2 ，以葛根品质提升为目标的最佳施肥量为 N 180 kg/hm2 、P2O5 135 kg/ hm2 、K2O 90 kg/hm2 。
Abstract
To explore the effects of nitrogen，phosphorus and potassium fertilizer application on the growth and quality of Pueraria montana（Gegen），and to provide technical support and theoretical basis for efficient cultivation of Gegen， L9（34 ）orthogonal design was used to study the effects of nitrogen，phosphorus and potassium application on the yield and major functional components of Gegen，and to determine the optimal application rates of nitrogen，phosphorus and potassium fertilizers. The results showed that different fertilization schemes had significant effects on the yield and functional components of Gegen. The highest yield and total flavonoid content were obtained with the N3P1K2（N 270 kg/hm2 ，P2O5 45 kg/hm2 ， K2O 90 kg/hm2 ）treatment，which were 2.13 kg/plant and 83.10 mg/g，respectively. The Gegen glycoside content was the highest with the N1P3K2（N 90 kg/hm2 ，P2O5 135 kg/hm2 ，K2O 90 kg/hm2 ）treatment at 24.85 mg/g，and the highest daidzein and genistein contents were obtained with the N1P2K3（N 90 kg/hm2 ，P2O5 90 kg/hm2 ，K2O 135 kg/hm2 ）treatment at 22.96 and 2.55 mg/g，respectively. The magnitude of the effects of nitrogen，phosphorus and potassium fertilizers application on Gegen yield and isoflavone content was in the order of nitrogen fertilizer >potassium fertilizer >phosphorus fertilizer . The optimal fertilization rates for Gegen yield were N 270 kg/hm2 ，P2O5 135 kg/hm2 and K2O 90 kg/hm2 ，while those for the quality of Gegen were N 180 kg/hm2 ，P2O5 135 kg/hm2 and K2O 90 kg/hm2 .